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Die
Erfindung betrifft eine zellulare Aktuatoreinrichtung, insbesondere
zur Betätigung
einer Steuerfläche
eines Luft- oder Raumfahrzeugs.
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Zur
Betätigung
von Steuerflächen
von Luft- oder Raumfahrzeugen, so wie von Ruder- oder Trimmflächen, die
in einem Flügel
oder in einer Flosse eines Luft- oder
Raumfahrzeugs, insbesondere eines Flugzeugs, vorgesehen sind, finden
herkömmlich überwiegend
Hydraulikantriebe Verwendung. In der Regel bestehen diese aus zylindrischen
Hydraulikkolben, die zwischen zwei Ansteuerungspunkten eine Verschiebung
in Form einer linearen Bewegung bewirken.
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Wendet
man dieses weitverbreitete Konzept des Hydraulikzylinders auf Anwendungsfälle an,
bei denen die lineare Bewegung auf einer breiteren Fläche ausgeübt werden
soll, sind zusätzliche
mechanische Hilfskonstruktionen notwendig. Ein klassisches Beispiel
hierfür
ist der Antrieb einer Steuerfläche
eines Flugzeugs. Zur Seitensteuerung eines Flugzeugs beispielsweise
ist, wie in 1 dargestellt, in der Regel
eine feststehende Seitenflosse 2 und ein dagegen bewegliches
Seitenruder 3 vorgesehen. Das Seitenruder 3 ist
an der Seitenflosse 2 mittels eines aus mehreren Gelenken
bestehenden Scharniers 4 drehbeweglich gelagert und mittels
eines Hydraulikzylinders 5 antreibbar. Die Gelenke des
Scharniers 4 halten Seitenflosse 2 und Seitenruder 3 aneinander
und bewirken, dass das Ruder 3 gegenüber der Flosse 2 nur
Bewegungen um die Gelenkachse durchführen kann. Der Hydraulikzylinder 5 verbindet die
Flosse 2 und das Ruder 3 über einen in der Figur nur
angedeuteten Hebelarm 5a und kann damit einerseits das
auf Grund der Ruderbelastung auftretende Torsionsmoment um die Gelenkachse
aufnehmen und andererseits eine Verstellung des Ruders 3 gegenüber der
Flosse 2 bewirken. Aus Gründen der Ausfallsicherheit
sind oftmals redundante Hydrauliksystem notwendig, was durch eine
Kombination mehrerer Hydraulikzylinder an einem Ruder erreicht wird.
In diesem Fall sind zusätzliche
komplexe Vorkehrungen notwendig, um die Funktionsfähigkeit auch
beim Blockieren eines der Hydraulikzylinder sicherzustellen.
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Ein
wesentlicher Nachteil ist, dass die Belastungen flächig auf
Ruder und Flosse verteilt sind, aber nur lokal über die Gelenke und den oder
die Hydraulikzylinder zwischen beiden Komponenten übertragen
werden können.
Daher muss die Struktur von Flosse und Ruder so verstärkt werden,
dass die sich aus der aerodynamischen Belastung und den Massenlasten
auf der Fläche
aufbauenden Lasten zu den lokalen Krafteinleitungen, nämlich den
Glenken und den Befestigungspunkten des oder der Hydraulikzylinder
geleitet werden können.
Das vorstehend am Beispiel eines Seitenruders eines Flugzeugs erläuterte gilt
sinngemäß für die meisten
Steuerflächen
eines Luft- oder Raumfahrzeugs.
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Aus
DE 100 09 157 A1 ist
eine Akuatoreneinrichtung mit zu einer gemeinsamen Anordnung kombinierbaren,
druckdichten Kammer bekannt, die aufgrund ihrer Verformung bei Druckbeaufschlagung zwei
mit ihnen verbundenen Strukturteilen relativ zueinander bewegen,
wobei eine Elementarzelle aus den druckdichten Kammern besteht.
Zudem wird eine matrixartige zellulare Elementarzellenanordnung
beschrieben. Die Wände
der Kammern weisen an ihren jeweiligen Enden radiale Abschnitte
auf, die flexibel ausgestaltet sind. Mittels ihrer Verformbarkeit wird
eine Relativbewegung der angrenzenden Wandabschnitte ermöglicht.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte
Aktuatoreinrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, flächig verteilte
Lasten aufzunehmen und mit welcher eine Relativbewegung der Wände möglich ist,
die von der elastischen Verformbarkeit der Kammer unabhängig ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss
durch die im Anspruch 1 angegebene zellulare Aktuatoreinrichtung
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der erfindungsgemässen zellularen Aktuatoreinrichtung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Durch
die Erfindung wird eine zellulare Aktuatoreneinrichtung mit einer
Anzahl von zu einer gemeinsamen Anordnung kombinierten, durch druckdichte
Kammern gebildete Elementarzellen, die mit einem Druckmedium beaufschlagbar
sind und die bei der Beaufschlagung mit dem Druckmedium unter Längenänderung
in mindestens einer Arbeitsrichtung verformbar sind, geschaffen,
wobei die Ele mentarzellen zur Kombination ihrer Längenänderungen
in der mindestens einen Arbeitsrichtung zu einer Gesamtbewegung
der Elementarzellenanordnung gekoppelt sind.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen zellularen Aktuatoreinrichtung
ist es, dass sie in einer flächigen,
in einem großen
Maße beliebig
gekrümmten
oder auch zylindrischen oder sphärischen Anordnung
vorgesehen werden kann. Dabei übernehmen
die Elementarzellen jeweils einen Teil der Funktion der gesamten
Aktuatoreinrichtung. Als Druckmedium kann vorteilhafterweise Hydraulikflüssigkeit
oder ein Gas z. B. Luft verwendet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der zellularen Aktuatoreinrichtung können die Elementarzellen jeweils
eine einzige druckdichte Kammer enthalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die Elementarzellen bei Beaufschlagung der druckdichten Kammern
mit dem Druckmedium unter Längenänderung
in Arbeitsrichtung kontahierend verformbar sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die Elementarzellen bei Beaufschlagung der druckdichten Kammern
mit dem Druckmedium unter Längenrichtung
in Arbeitsrichtung expandierend verformbar sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die Elementarzellen jeweils mindestens eine erste druckdichte Kammer
und mindestens eine zweite druckdichte Kammer enthalten.
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Hierbei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Elementarzellen bei Beaufschlagung
der (hier so definierten) ersten druckdichten Kammern unter Längenänderung
in Arbeitsrichtung kontrahierend verformbar sind.
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Dementsprechend
kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Elementarzellen bei
Beaufschlagung der (hier so definierten) zweiten druckdichten Kammern
unter Längenänderung
in Arbeitsrichtung expandierend verformbar sind.
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Vorteilhafterweise
haben die (ersten) druckdichten Kammern in Richtung parallel zur
Arbeitsrichtung eine im wesentlichen konvexe Querschnittsform, wobei
eine Beaufschlagung mit dem Druckmedium unter Verstärkung der
Konvexität
der druckdichten Kammern eine Vergrößerung der Ausdehnung quer
zur Arbeitsrichtung und eine Kontraktion in Arbeitsrichtung bewirkt.
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Vorteilhafterweise
haben andererseits die (zweiten) druckdichten Kammern in Richtung
parallel zur Arbeitsrichtung eine im wesentlichen konkave Querschnittsform,
wobei eine Beaufschlagung mit dem Druckmedium unter Abschwächung der
Konkavität
der druckdichten Kammern eine Vergrößerung der Ausdehnung quer
zur Arbeitsrichtung und eine Expansion in Arbeitsrichtung bewirkt.
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Vorzugsweise
sind die druckdichten Kammern durch in Arbeitsrichtung einander
gegenüberliegende
Enden und sich zwischen den Enden erstreckende Seitenwände und
die Kammern an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite abdichtende
obere und untere Deckwände
begrenzt.
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Hierbei
ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Seitenwände der
druckdichten Kammern in der Hälfte
ihrer Ausdehnung zwischen den Enden geteilt und die Teile der Seitenwände dort
gelenkig, insbesondere durch ein Festkörpergelenk, miteinander verbunden
sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die oberen und/oder unteren Deckwände durch nach außen konvexe
Dome gebildet sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die oberen und/oder unteren Deckwände durch nach innen konvexe
Dome gebildet sein.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
können
die oberen und/oder unteren Deckwände durch starre Deckplatten
gebildet und durch zwischen den Seitenwänden und den starren Deckplatten
wirksame Dichtungselemente abgedichtet sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die druckdichten Kammern an ihren in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegenden
Enden im wesentlichen spitz zulaufen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die druckdichten Kammern an ihren in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegenden
Enden mehr oder weniger ausgedehnte Endflächen aufweisen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung können
die Elementarzellen unter Längenänderung
in einer Arbeitsrichtung verformbar sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die Elementarzellen unter Längenänderung
in mindestens zwei Arbeitsrichtungen verformbar sein.
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Vorzugsweise
ist die Elementarzellenanordnung zweidimensional.
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Die
Elementarzellen können
in einer matrixähnlichen
Anordnung parallel nebeneinander und übereinander in Zeilen und Spalten
angeordnet sein.
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Alternativ
können
die Elementarzellen in einer wabenähnlichen Anordnung versetzt
nebeneinander und übereinander
angeordnet sein.
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Vorzugsweise
sind zwischen jeweiligen gemeinsam mit dem Druckmedium beaufschlagbaren Kammern
Durchlasskanäle
vorgesehen.
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Die
Aktuatoreinrichtung kann zur Betätigung einer
Steuerfläche
eines Luft- oder Raumfahrzeugs vorgesehen sein.
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Insbesondere
kann die Aktuatoreinrichtung als flächiger Antrieb zur Betätigung einer
Ruder- oder Trimmfläche
eines formvariablen Flügels
oder einer formvariablen Flosse eines Luft- oder Raumfahrzeugs,
insbesondere eines Flugzeugs, vorgesehen sein.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des Hecks eines nur teilweise dargestellten
Flugzeugs zur Erläuterung
einer herkömmlichen
Art zur Betätigung
einer Steuerflosse desselben;
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2 eine
Draufsicht auf eine Seitenflosse eines Flugzeugs gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung (2a) und eine etwas vergrößerte Schnittansicht
entlang der Linie A-B (2b);
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3a) bis c) schematisierte Ansichten von Elementarzellen
einer zellularen Aktuatoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4a) bis g) schematisierte Ansichten von Beispielen
typischer Elementarzellen, wie sie bei der erfindungsgemäßen zellularen
Aktuatoreinrichtung Verwendung finden können;
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5a) bis c) Draufsichten auf Teile von
Elementarzellenanordnungen für
eine zellulare Aktuatoreinrichtung nach drei verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung;
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6 eine
schematisierte Darstellung einer Elementarzellenanordnung ähnlich der
in 5b) gezeigten, zur Erläuterung
verschiedener Aspekte von deren Funktionsweise;
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7a) und b) eine Ansicht einer Elementarzellenanordnung
sowie eines vergrößerten Ausschnitts
daraus zur Erläuterung
weiterer Aspekte von deren Funktionsweise; und
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8a) bis d) eine Draufsicht bzw. vergrößerte Seitenansichten
des Schnitts A-B zur Erläuterung
von drei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
zur Abdeckung von Elementarzellen einer zellularen Aktuatoreinrichtung
gemäß drei verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
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Die
bereits eingangs angesprochene 1 zeigt
einen Heckbereich eines Flugzeugs 1 mit einem Seitenruder 3,
welches Bestandteil einer Seitenflosse 2 desselben ist.
Das Seitenruder 3 ist an der Seitenflosse 2 um ein lediglich
durch eine teilweise strichpunktierte Linie angedeutetes Scharnier 5 drehbar
gelagert. Herkömmlicherweise
ist das Seitenruder 3 über
einen oder mehrere Hydraulikzylinder 5 betätigbar,
welche über
einen Hebelarm 5a einerseits mit dem Seitenruder 3 und
andererseits an einem Teil der feststehenden Struktur des Flugzeugs 1 angelenkt
sind.
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Die
in 2 dargestellte Seitenansicht von Seitenflosse 2 und
Seitenruder 3 zeigt in vereinfachter und schematisierter
Weise ein Ausführungsbeispiel
einer zellularen Aktuatoreinrichtung gemäß der Erfindung. Diese zellulare
Aktuato reinrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet
ist, besteht in einem flächigen
Antrieb, welcher beiderseits einer gedachten Scharnierachse 4 angeordnet ist,
um welche das Seitenruder 3 gegenüber der Seitenflosse 2 drehbar
ist. Die beiden den flächigen
Antrieb des Seitenruders 3 bildenden Komponenten sind Bestandteile
einer zellularen Aktuatoreinrichtung, durch welche die Seitenflosse 2 zusammen
mit dem Seitenruder 3 einen formvariablen Flügel bzw. hier
eine formvariable Seitenflosse mit einem sanften Übergang
von der bezüglich
dem Flugzeug feststehenden Seitenflosse 2 auf das bewegliche
Seitenruder 3 bildet.
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Nunmehr
bezugnehmend auf die 3, 4 und 5 sollen
zunächst
einige allgemeine Eigenschaften der zellularen Aktuatoreinrichtung nach
verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung beschrieben werden. So besteht die zellulare Aktuatoreinrichtung
aus einer Anzahl von Elementarzellen 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80,
die zu einer gemeinsamen Elementarzellenanordnung 100; 200; 300 kombiniert
sind und durch jeweils eine oder mehrere druckdichte Kammern 11, 12, 13; 21, 22; 31, 32, 33, 34, 35; 41; 52; 61; 71, 72, 73; 81 gebildet
sind.
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Die
Elementarzellen 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80 sind
mit einem Druckmedium beaufschlagbar und bei Beaufschlagung mit
diesem unter Längenänderung
in mindestens einer Arbeitsrichtung verformbar. Das Druckmedium
kann ein flüssiges
Hydraulikfluid sein oder es kann gasförmig sein, beispielsweise Luft.
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Die
Elementarzellen 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80 sind
zur Kombination ihrer Längenänderungen in
der mindestens einen Arbeitsrichtung zu einer Gesamtbewegung der
Elementarzellenanordnung 100; 200; 300 miteinander
gekoppelt. Im Falle des in 2 dargestellten
Seitenruders wäre
die gebildete zellulare Aktuatoreinrichtung in einer Arbeitsrichtung unter
Längenänderung
verformbar, nämlich
in einer Richtung quer zur Scharnierachse 4, also im wesentlichen
in Richtung der in 2a) gezeigten Schnittlinie
A-B. Für
eine Auslenkung des Seitenruders 3 beispielsweise nach
oben in 2b) würde die obere zellulare Aktuatoreinrichtung 6 kontrahiert
und die untere zellulare Aktuatoreinrichtung 6 dagegen
expandiert werden, bzw. Umgekehrt.
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Nun
soll anhand eines Ausführungsbeispiels,
welches in den 3a) bis c) dargestellt
ist, die grundlegende Funktionsweise einer bidirektionalen Elementarzelle 10 erläutert werden.
Die Elementarzelle 10 ist von einem Typ, welche mindestens eine
erste druckdichte Kammer und mindestens eine zweite druckdichte
Kammer enthält,
so dass eine bidirektionale Funktionsweise möglich ist.
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Bei
dem in 3a) bis c) dargestellten Ausführungsbeispiel
enthält
die Elementarzelle 10 zwei erste druckdichte Kammern 11, 13 und
eine zweite druckdichte Kammer 12. Diese Kammern 11, 12, 13 sind
durch vertikal zur Zeichenebene verlaufende Wände 19, von denen
der Übersichtlichkeit
halber nur eine einzige bezeichnet ist, sowie in der Figur nicht
dargestellte obere und untere Abdeckungen gebildet und begrenzt.
Die einzelnen Wände
sind durch biegeweiche Gelenke, beispielsweise in Form von Streifen
reduzierter Wandstärke,
miteinander verbunden, von denen in 3 zwei Gelenke 14a, 14b dargestellt
sind.
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Die
zweite Kammer 12 wird in ihrem Inneren von einem Druck
P2 beaufschlagt, während
die ersten Kammern 11, 13 beide mit dem gleichen
Druck P1 beaufschlagt sind. Bei gleichem Druck P1 = P2 in den drei
Kammern 11, 12, 13 befindet sich die
Elementarzelle 10 in ihrer Neutrallage, welche in 3b) dargestellt ist. Bei Erhöhung des
Drucks P1 in den beiden ersten Kammern 11, 13 gegenüber dem
Druck P2 in der zweiten Kammer 12 erhöht sich das Volumen in den
beiden ersten Kammern 11, 13 gegenüber dem
Volumen in der zweiten Kammer 12, was zu einer Kontraktion
der Elementarzelle 10 in der durch die beiden Pfeile dargestellten
Arbeitsrichtung führt,
vergleiche 3a). Wird andererseits
der Druck P2 in der zweiten Kammer 12 gegenüber dem Druck
P1 in den ersten Kammern 11, 13 erhöht, so führt dies
zu einer Expansion des Volumens in der zweiten Kammer 12 gegenüber den
Volumina in den ersten Kammern 11, 13 und die
Elementarzelle 10 expandiert in der dargestellten Arbeitsrichtung,
vergleiche 3c). 3 ist
lediglich schematisch zu verstehen, die Querschnittsform der ersten
Kammern 11, 13 kann in der Neutrallage, 3 b),
eher der in 3c) gezeigten ähnlich sein,
so dass sich bei Erhöhung
des Drucks P1 nicht nur eine relative Volumenvergrößerung gegenüber dem
Volumen der zweiten Kammer 12 ergibt, sondern auch eine
absolute Vergrößerung des
Volumens der ersten Kammern 11, 13.
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Die
Längenänderung
der Elementarzelle 10 wird in der zellularen Aktuatoreinrichtung
zu einer Gesamtbewegung gekoppelt, welche dann als Steuerbewegung
nutzbar ist.
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4 zeigt
einige Beispiele von möglichen typischen
Formen von Elementarzellen stellvertretend für eine ganze Anzahl von verschiedenen
Formen von solchen.
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4a) zeigt eine kontraktierende Elementarzelle 60 mit
einer einzigen Kammer 61.
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4b) zeigt eine expandierende Elementarzelle 50 mit
einer einzigen Kammer 52.
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4c) zeigt eine bidirektionale Elementarzelle 10 mit
zwei ersten Kammern 11, 13 und einer zweiten Kammer 12,
wie sie vorher unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurde.
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4d) zeigt eine gestreckte bidirektionale Elementarzelle 70 mit
zwei ersten Kammern 71, 73 und einer zweiten Kammer 72,
welche von ihrer Funktionsweise her der in 4c)
gezeigten bidirektionalen Elementarzelle 10 ähnlich ist.
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4e) zeigt eine elliptische kontraktierende Elementarzelle 80 mit
einer einzigen Kammer 81.
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4f) zeigt eine Elementarzelle 40,
welche durch eine einzige Kammer 41 gebildet ist und die
in zwei zueinander senkrechten Richtungen in zweidimensionaler Weise
zu expandieren in der Lage ist, wie durch die Pfeile gezeigt.
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4g) schließlich zeigt ebenfalls eine
zweidimensional funktionale Elementarzelle 30, welche durch
eine erste Kammer 31 und vier zweite Kammern 32, 33, 34, 35 gebildet
ist.
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Die
Arbeitsrichtung, der mögliche
Hub und die möglichen
Kräfte
der dargestellten Elementarzellen 10...80 sind
durch die Konfiguration der Zellen festgelegt. Je nach Konfiguration
ergeben sich zellulare Kräfte,
die nur Zug, d. h. Kontraktion, nur Druck, d. h. Expansion, oder
auch eine Kombination von Zug und Druck aufbauen können. Somit
sind zellulare Aktuatoreinrichtungen denkbar, die nur in einer Raumrichtung
wirken und in den Raumrichtungen normal dazu keine Querdehnung aufweisen,
andererseits sind Konfigurationen möglich, die eine definierte Kopplung
zwischen den Ausdehnungen in verschiedenen Raumrichtungen zeigen.
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Wesentliches
Merkmal der zellularen Aktuatoreinrichtung ist die Kombination einzelner
Elementarzellen zu einer Elementarzellenanordnung, bei der die Längenänderungen
in einer oder mehreren Arbeitsrichtungen additiv zusammengefasst
sind.
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Die
in den 4a), b), e) und f) dargestellten Elementarzellen 40; 50; 60; 80 sind
durch eine einzige druckdichte Kammer 41; 52; 61; 81 gebildet.
Bei Beaufschlagung mit dem Druckmedium sind sie unter Längenänderung
in Arbeitsrichtung kontrahierend verformbar, vergleiche 4a) und e) bzw. expandierend verformbar,
vergleiche 4b) und f).
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Die
in den 4c), d) und g) gezeigten Elementarzellen 10; 30; 50; 70 enthalten
jeweils mindestens eine erste druckdichte Kammer 11, 13; 21; 31; 71, 73 und
mindestens eine zweite druckdichte Kammer 12; 22; 32, 33, 34, 35; 72.
Sie sind bei Beaufschlagung der ersteren unter Längenänderung in Arbeitsrichtung
kontrahierend verformbar, bei Beaufschlagung der zweiten unter Längenänderung
in Arbeitsrichtung expandierend verformbar. Wenn die (ersten) druckdichten
Kammern 11, 13; 21; 61; 71, 73; 81 in
einer parallel zur Arbeitsrichtung verlaufenden Richtung eine im
wesentlichen konvexe Querschnittsform haben, bewirkt eine Beaufschlagung
mit dem Druckmedium unter Verstärkung
der Konvexität derselben
eine Vergrößerung der
Ausdehnung quer zur Arbeitsrichtung und eine Kontraktion in Arbeitsrichtung,
d. h. die Kammern werden bauchiger und kürzer. Wenn die (zweiten) druckdichten
Kammern 12; 52; 72 in Richtung parallel
zur Arbeitsrichtung eine im wesentlichen konkave Querschnittsform
haben, bewirkt eine Beaufschlagung mit dem Druckmedium unter Abschwächung der
Konkavität
derselben eine Vergrößerung der
Ausdehnung quer zur Arbeitsrichtung und eine Expansion in Arbeitsrichtung,
d. h. die Kammern werden weniger hohl und länger.
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5a) bis c) zeigt drei verschiedene Ausführungsbeispiele
von Elementarzellenanordnungen 100; 200; 300 in
zweidimensionaler Form.
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Bei
dem in 5b) dargestellten Ausführungsbeispiel 200 sind
die Elementarzellen 20 parallel nebeneinander und übereinander
in Zeilen und Spalten in einer matrixähnlichen Anordnung vorgesehen.
Die Elementarzellen 20 entspre chen im wesentlichen den
in 3a) bis c) und in 4c)
dargestellten bidirektionalen Elementarzellen 10, wobei
jedoch jede Elementarzelle 20 effektiv lediglich eine erste Kammer 21 und
eine zweite Kammer 22 aufweist, oder mit anderen Worten,
zwei benachbarte Elementarzellen 20 teilen sich jeweils
eine erste Kammer 21, im übrigen
ist die Funktion die gleiche wie bei den in 3a)
bis c) und 4c) dargestellten Elementarzellen 10.
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Bei
den in 5a) und c) dargestellten Ausführungsbeispielen
sind die Elementarzellen 10; 30; 40 in
einer wabenähnlichen
Anordnung 100 bzw. 300 nebeneinander und übereinander
versetzt angeordnet.
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Während die
in 5b) dargestellte Elementarzellenanordnung 2 lediglich
in einer durch die Pfeile dargestellten Arbeitsrichtung bidirektional
verformbar ist, sind die in den 5a)
und c) dargestellten Elementarzellenanordnungen 100 und 300 in
zwei zueinander senkrechten Arbeitsrichtungen verformbar, wie durch
die Pfeile gezeigt.
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Wesentlich
ist die Kombination der einzelnen Elementarzellen zu der gemeinsamen
Elementarzellenanordnung der zellularen Aktuatoreinrichtung.
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Wie 6 zeigt,
welche eine Elementarzellen 200 ähnlich der in 5b)
gezeigten darstellt, sind die ersten Kammern 21 der Elementarzellen 20 zu
einem ersten Kammernsystem 210 zusammengefasst, die zweiten
Kammern 22 der Elementarzellen 20 sind zu einem
zweiten Kammernsystem 220 zusammengefasst. Zwischen den
gemeinsam mit dem Druckmedium beaufschlagbaren ersten Kammern 21 des
ersten Kammernsystems 210 sind Durchlasskanäle 240 vorgesehen
und zwischen den gemeinsam mit dem Druckmedium beaufschlagbaren
zweiten Kammern 22 des zweiten Kammernsystems 20 sind Durchlasskanäle 245 vorgesehen.
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Bei 7,
welche nochmals eine Elementarzellenanordnung 200 ähnlich der
in 5b) gezeigten darstellt, sind die
Durchlasskanäle 240 in
einer Verbindungsfläche
zwischen zwei benachbarten Kammern verschiedener Elementarzellen
vorgesehen und die Wände 29 der
Elementarzellen sind über Gelenke
oder gelenkige Verbindungsstellen 24 miteinander verbunden.
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8 zeigt
exemplarisch anhand einer Elementarzelle 10 ähnlich der
in den 3a) bis c) und 4c)
dargestellten deren seitlichen Aufbau. So sind die druckdichten
Kammern der Elementarzellen durch in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegende
Enden und sich zwischen den Enden erstreckende Seitenwände 19 und
durch die Kammern an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite abdichtende
obere und untere Deckwände
begrenzt.
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Diese
oberen und/oder unteren Deckwände können durch
nach außen
konvexe Dome 171, 172, 173 gebildet sein,
wie in 8b) gezeigt.
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Alternativ
können
sie durch nach innen konvexe Dome 181, 182, 183 gebildet
sein, wie in 8c) gezeigt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
können
die oberen und/oder unteren Deckwände durch starre Deckplatten 190 gebildet
sein, die durch zwischen den Seitenwänden 19 und den starren
Deckplatten 190 wirksame Dichtungselemente 195 abgedichtet
sind.
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Wiederum
allgemein bezugnehmend auf die 3, 4 und 5 können die
druckdichten Kammern 11, 13; 21; 31; 41; 61; 71, 73 so
ausgebildet sein, dass sie an ihren in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegenden
Enden im wesentlichen spitz zulaufen, d. h. ohne besonders ausgedehnte
Endflächen,
oder sie können
an ihren in Arbeitsrichtung gegenüberliegenden Enden mehr oder
weniger ausgedehnte Endflächen 17 haben,
so wie die Kammern 12; 22; 32, 33, 34, 35; 52; 72,
vergl. insbesondere 4b), c), d) und g), und wie
besonders für die Kammern 12 mit
den Endflächen 17, 18 gezeigt,
vergl. insbesondere 3b).
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Die
einzelnen Elementarzellen können
so kombiniert werden, dass sich verschiedene Formen der zellularen
Aktuatoreinrichtung ergeben. Im einfacheren Fall sind die Elementarzellen
in einer Ebene angeordnet, so dass sich ein plattenförmiger zellularer
Aktuator ergibt. Durch andere räumliche
Anordnungen der Elementarzellen sind auch einfach oder sphärisch oder
allgemein dreidimensional gekrümmte
Aktuatoren denkbar, auch räumlich
geschlossene Konfigurationen wie etwa rohrartige Aktuatorstrukturen
sind denkbar.
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Die
Realisierung der Elementarzellen kann, je nach Anwendungsbereich,
aus unterschiedlichen Materialien erfolgen. Für hohe Drücke und Temperaturen wären Elementarzellen
aus Metall besonders sinnvoll, während
für geringere
Drücke
auch Kunststoffe oder faserverstärkte
Kunststoffe in Frage kommen.
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- 1
- Flugzeug
- 2
- Seitenflosse
- 3
- Seitenruder
- 4
- Scharnier
- 5
- Hydraulikzylinder
- 5a
- Hebelarm
- 6
- zellulare
Aktuatoreinrichtung
- 10;
20; 30; 40
- Elementarzelle
- 11,
13; 21; 31; 41; 61; 71, 73; 81
- erste
Kammer
- 12;
22; 32, 33, 34, 35; 52; 72
- zweite
Kammer
- 14;
24
- Gelenk
- 15
- Ende
- 16
- Ende
- 17
- Endfläche
- 18
- Endfläche
- 19;
29
- Kammerwand
- 100;
200; 300
- Elementarzellenanordnung
- 210
- erstes
Kammersystem
- 220
- zweites
Kammersystem
- 240;
245
- Kanäle für Druckmedium
- 171;
172: 173
- Deckwände
- 181;
182; 183
- Deckwände
- 190
- Deckwände
- 195
- Dichtungselemente